图像采集装置和可操纵装置活动臂受控运动过程中的碰撞避免制造方法及图纸

技术编号：40832006 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-01 14:55

本申请涉及图像采集装置和可操纵装置活动臂受控运动过程中的碰撞避免。运动控制的系统和方法包括偶联至计算机辅助外科装置的控制器，该计算机辅助外科装置具有偶联至具有工作端的可操纵装置的第一活动臂、和偶联至图像采集装置的第二活动臂。控制器被配置以接收第一活动臂的第一构型；接收第二活动臂的第二构型；从图像采集装置接收工作端的多个图像；确定工作端的位置和定向；确定第一活动臂位置和第一活动臂轨迹；确定第二活动臂位置和第二活动臂轨迹；确定活动臂的动作是否会导致活动臂之间不期望的关系；和发送运动命令至第一或第二活动臂，以避免不期望的关系。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及机器人系统，并且具体地涉及图像采集装置和可操纵装置机器人臂受控运动过程中的碰撞避免。

技术介绍

1、机器人系统和计算机辅助装置通常包括操纵器械以在工作位点执行任务的机器人或活动臂、和支撑采集工作位点图像的图像采集装置的至少一个机器人或活动臂。当机器人臂相互紧紧靠近操作时，存在这样的可能性：臂可能相互碰撞，并且由此导致臂损坏。当机器人臂一同操作时，可直接防止这种碰撞。然而，当机器人臂独立操作时，碰撞避免可远更具挑战性。

2、机器人臂包括通过一个或多个主动控制接头偶联在一起的多个连杆。在多种实施方式中，可提供多个主动控制接头。机器人臂还可包括一个或多个被动接头，其不被主动控制，但依从主动控制接头的运动。这种主动和被动接头可以是旋转或棱柱接头。可通过接头位置和连杆结构和偶联知识确定机器人臂的构型。

3、为避免机器人臂之间的碰撞，拥有臂构型信息和其各自在共同坐标系统中的位置信息是非常有用的。通过这种信息，控制其中一个机器人臂的运动的控制器可采取行动以避免与另一机器人臂碰撞。

4、控制器可采取以避免碰撞的一个行动是向指挥机器人臂的操作人员警示即将与另一机器人臂碰撞。作为这种警示系统的一个实例，u.s.2009/0192524al，名为"syntheticrepresentation of a surgical robot"——其被引入本文作为参考，描述了安置了多个机器人臂的患者侧推车。作为这种警示系统的另一实例，u.s.2009/0326553，名为"medicalrobotic s

5、碰撞避免还可通过控制一个或多个机器人臂的运动的控制器自动进行。作为这种自动碰撞避免系统的实例，u.s.8,004,229，名为"software center and highlyconfigurable robotic systems for surgery and other uses"——其被引入本文作为参考，描述了一种医疗机器人系统，其被配置以避免其机器人臂之间的碰撞。该机器人臂具有多余度，使得每个臂可有多种构型以实现其支持器械的预期位置和定向。每个控制器命令其相关机器人臂运动服从于二次约束，导致排除会导致与另一机器人臂碰撞的可能臂构型。

6、然而，当多个机器人臂被多个控制器控制时，如果多个控制器中多于一个试图避免碰撞，则可能造成混乱和无意的后果。这个问题在控制器之间没有或仅有有限的信息交流时加剧，如可以是机器人系统采用独立地操作的机器人臂时的情况。为避免机器人臂碰撞问题，可相继使用独立地操作的机器人臂，而非在工作位点同时使用。然而，在工作位点执行程序或任务期间同时使用机器人臂可以是有利的。

技术实现思路

1、因此，本专利技术的一个或多个方面的一个目的是其中实施的自动进行机器人臂碰撞避免的机器人系统和方法。

2、本专利技术的一个或多个方面的另一目的是其中实施的自动进行独立操作型机器人臂的碰撞避免的机器人系统和方法。

3、本专利技术的一个或多个方面的另一目的是其中实施的在不阻止任何机器人臂执行其目的任务的情况下自动进行机器人臂碰撞避免的机器人系统和方法。

4、这些和另外的目的通过本专利技术多种方面来实现，其中简而言之，一方面是机器人系统，包括：第一机器人臂，其支持可操纵装置，该可操纵装置具有工作端；和控制器，其被配置以控制第一机器人臂和第二机器人臂中至少一个的运动，同时避免第一和第二机器人臂之间的碰撞，其中第二机器人臂支持图像采集装置，该图像采集装置用于采集可操纵装置的工作端的多个图像，由此可生成可操纵装置的工作端的三维计算机模型；其中控制器被配置以避免第一和第二机器人臂之间的碰撞：通过利用可操纵装置的工作端的多个图像中的至少一个图像来确定可操纵装置的工作端相对于图像采集装置坐标系统的位置和定向，其中图像采集装置的坐标系统相应于采集图像的透视图；通过利用可操纵装置的工作端相对于图像采集装置坐标系统的确定的位置和定向来确定第一和第二机器人臂其中一个相对于共同坐标系统的构型和位置；和通过利用接收到的第一和第二机器人臂其中另一个的接头位置信息来确定第一和第二机器人臂其中另一个相对于共同坐标系统的构型和位置；通过利用第一和第二机器人臂相对于共同坐标系统的确定构型和位置来确定第一和第二机器人臂之间的即将的碰撞；和通过命令第一和第二机器人臂其中一个采取行动以避免即将的碰撞。

5、另一方面是机器人系统中实施的避免第一和第二机器人臂之间碰撞的方法，其中第一机器人臂支持可操纵装置，该可操纵装置具有工作端，其中第二机器人臂支持图像采集装置，以采集可操纵装置的工作端的多个图像，由此可生成可操纵装置的工作端的三维计算机模型，并且其中方法包括：利用可操纵装置的工作端的多个图像中的至少一个图像来确定可操纵装置的工作端相对于图像采集装置坐标系统的位置和定向，其中图像采集装置的坐标系统相应于采集图像的透视图；通过利用可操纵装置的工作端相对于图像采集装置坐标系统的确定位置和定向来确定第一和第二机器人臂其中一个相对于共同坐标系统的构型和位置；通过利用接收到的第一和第二机器人臂其中另一个的接头位置信息来确定第一和第二机器人臂其中另一个相对于共同坐标系统的构型和位置；利用第一和第二机器人臂相对于共同坐标系统的确定构型和位置来确定第一和第二机器人臂之间即将的碰撞；和命令第一和第二机器人臂其中一个采取行动以避免即将的碰撞。

6、另一方面是机器人系统，包括：第一机器人臂，其支持可操纵装置，该可操纵装置具有工作端；和处理器，其被编程以将第一机器人臂定位至第二机器人臂，该第二机器人臂支持图像采集装置，其中处理器通过如下进行定位：利用第一和第二机器人臂中至少一个的外部跟踪数据和运动学数据，在第一和第二机器人臂的初始位置处进行第一和第二机器人臂的低精度定位；利用由至少部分第一机器人臂的图像采集装置采集的至少一个图像和第一和第二机器人臂中至少一个的运动学数据，进行第一和第二机器人臂相对于第一设置位置的中精度定位，其中第一设置位置包括指示低精度定位的第一安全界限；和利用由可本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.计算机辅助系统，其包括：

2.根据权利要求1所述的计算机辅助系统，其中所述图像采集装置包括断层图像采集装置，所述断层图像采集装置用于采集多个二维图像，由此甚至在所述工作端被布置在所述图像采集装置和所述工作端之间的一个或多个对象阻挡时，所述工作端是可辨别的。

3.根据权利要求1所述的计算机辅助系统，其中所述控制器被进一步配置以：

4.根据权利要求1所述的计算机辅助系统，其中所述图像采集装置包括照相机或超声探头。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，

6.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，

7.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，其进一步包括：

8.根据权利要求7所述的计算机辅助系统，其中所述控制器被进一步配置以：

9.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，其中：

10.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，其中：

11.根据权利要求1至4中任一项所述的计算机辅助系统，其中：

12.根据权

13.碰撞避免方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

16.根据权利要求13所述的方法，其中：

17.运动控制系统，其包括：

18.根据权利要求17所述的运动控制系统，其中：

19.根据权利要求17所述的运动控制系统，其中：

20.根据权利要求17至19中任一项所述的运动控制系统，其中：

21.根据权利要求17至19中任一项所述的运动控制系统，进一步包括：

22.根据权利要求17至19中任一项所述的运动控制系统，其中：

23.根据权利要求22所述的运动控制系统，其中所述控制器被进一步配置以：

24.根据权利要求23所述的运动控制系统，其中所述成本函数基于：

25.根据权利要求17至19中任一项所述的运动控制系统，其中所述不期望的关系包括选自以下的关系：所述第一活动臂和所述第二活动臂之间的碰撞、所述第一活动臂和所述第二活动臂之间过于接近、和所述图像采集装置的目标区域被所述第一活动臂阻挡。

26.控制系统中的运动的方法，所述方法包括：

27.根据权利要求26所述的方法，其中：

28.根据权利要求26所述的方法，其中：

29.根据权利要求26所述的方法，其中：

30.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：

31.非临时的机器可读介质，其包括可执行代码，所述可执行代码在被控制器的一个或多个处理器运行时可致使所述一个或多个处理器执行权利要求13至16或26至30中任一项所述的方法。

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【技术特征摘要】